论文总字数：32947字

摘 要

通过在自制的生物堆反应器对多环芳烃污染（PAHs）的工业土壤进行生物堆降解研究,采用4组不同的实验组别,探讨强制通风的环境刺激条件下的PAHs污染土壤生物堆修复效率；探讨环境友好型表面活性剂吐温80对PAHs污染土壤生物堆修复效率影响；通过从长期受PAHs污染的土壤中筛选富集PAHs降解混菌菌剂,探讨该PAHs降解混菌菌剂对提高PAHs污染土壤生物堆修复效率的潜能。实验结果表明,强制通风的环境刺激条件可以促进PAHs的生物降解,总PAHs降解率为95%,比不通风的实验处理降解效率提高了4%。添加表面活性剂吐温80对PAHs的降解产生抑制作用，总的PAHs降解率为87%，比不加吐温80的降解效率下降了4%。投加PAHs降解混菌菌剂对PAHs污染土壤生物堆修复效率没有积极影响。4组实验处理中，总PAHs都明显下降，并且土壤中的微生物量和脱氢酶活性都提高了。

关键字:PAHs、PAHs降解混菌、微生物修复、微生物活性

ABSTRACT

Biopile degradation studies were carried out on industrial soils with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in a self-contained bioreactor. Four groups of different experimental groups were used to investigate the bioremediation efficiency of PAHs contaminated soil biopile under environmental stimulation conditions of forced ventilation. The effect of environmentally friendly surfactant Tween 80 on PAHs contaminated soil biopile remediation efficiency was discussed. PAHs degrading mixed bacteria was screened and enriched from PAHs-contaminated soil, and the potential of PAHs degrading mixed bacteria to improve the bioremediation efficiency of PAHs contaminated soil biopile was discussed. The experimental results show that the environmental stimulation conditions of forced ventilation can promote the biodegradation of PAHs. The degradation rate of total PAHs is 95%, which is 4% higher than that of non-ventilated experimental treatment. The addition of surfactant Tween 80 inhibited the degradation of PAHs. The degradation rate of total PAHs was 87%, which was 4% lower than that without Tween 80. The addition of PAHs degrading mixed bacteria had no positive effect on the recovery efficiency of PAHs contaminated soil biopiles. In the four experimental treatments, the total PAHs decreased significantly, and the amount of microorganisms and dehydrogenase activity in the soil increased.

KEY WORDS: PAHs,PAHs degrading mixed bacteria, microbial remediation, microbial activity

目 录

摘 要 1

ABSTRACT 2

目 录 3

第一章 绪论 1

1.1 PAHs污染概述 1

1.2 PAHs的微生物降解机制 1

1.2.1 PAHs的微生物代谢方式 1

1.2.2 PAHs的微生物氧化方式 2

1.3 影响PAHs生物修复的因素 4

1.3.1基质的影响 4

1.3.2微生物活性 4

1.3.3环境因子 4

1.4 PAHs污染土壤的生物修复技术 5

1.4.1原位修复 5

1.4.2异位修复 6

1.5 研究内容及意义 7

1.5.1目的与意义 7

1.5.2研究内容 7

第二章 实验材料与方法 8

2.1实验材料、试剂及仪器 8

2.1.1实验材料 8

2.1.2实验试剂 8

2.1.3实验仪器 9

2.2试验装置 9

2.3测试指标及方法 10

2.3.1土壤含水率 10

2.3.2土壤pH值 10

2.3.3土壤的微生物生物量碳 11

2.3.4土壤的脱氢酶活性 12

2.3.5土壤中的PAHs 14

2.3.6土壤有机质 14

2.3.7土壤水解性氮 14

2.3.8土壤有效磷 14

第三章 PAHs高效降解混菌的筛选富集实验 15

3.1 实验目的 15

3.2 材料与方法 15

3.2.3制备土壤渗滤液 15

3.2.4富集PAHs降解菌 15

3.3 结果与讨论 16

第四章 PAHs污染土壤生物堆降解研究实验 17

4.1 实验目的 17

4.2 材料与方法 17

4.2.1材料 17

4.2.2实验条件 17

4.2.3样品处理与分析方法 18

4.4 结果与讨论 18

4.4.1土壤中含水率和pH变化 18

4.4.2土壤中PAHs含量变化分析 19

4.4.3土壤微生物生物量变化分析 23

4.4.4土壤脱氢酶活性变化分析 24

4.5 小结 25

第五章 结论与展望 27

5.1 结论 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 PAHs污染概述

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbon，PAHs)是一种结构特别的有机化合物，由两个或多个以上以直接连接、弯曲连接或聚集方式组合的苯环构成。PAHs是在有机物质燃烧时的不完全燃烧过程中产生的挥发性燃烧相有关^[1]，很容易产生于人类的生产活动和生活过程，从而普遍存在于环境中。PAHs是亲脂性化合物，具有熔点及沸点较高、低水溶性、蒸汽压小、热稳定、难降解等特点，可以预测它们在环境中具有稳定性和持久性^[2]。在美国环保署（USEPA）公布的 129 种优先控制的环境污染物中，PAHs达到了16种，这16种优先控制的多环芳烃疑是影响人类健康的急性和慢性致癌物质^[3]。2014年发表的《全国土壤污染状况调查公报》，明确说明有机污染物主要在重污染企业用地、工业废弃地、工业园区、固体废弃物集中处理处置场地、采油区、采矿区、污水灌溉区及干线公路两侧集中。有机物在土壤中可能会发生的物化反应包括化学氧化，光氧化，挥发，土壤累积，生物累积，淋溶和微生物降解等，PAHs在环境中也可能会发生^[4]。PAHs在土壤中的积累，主要是由于PAHs在土壤中的高稳定性，对土壤的强烈吸附性和PAHs的难降解性^[5]。大量的研究发现土壤和沉积物中PAHs的主要去除过程是微生物降解^[4]。

土壤中微生物包括细菌、真菌和藻类，都具有具有降解土壤和沉积物中PAHs的能力。PAHs的降解速率与PAHs的环数成反比，因此相对分子量较低的PAHs较相对分子量较高的PAHS更容易生物降解^[6]。由于PAHs在土壤中有很长的停留时间，土壤中的微生物在PAHs的存在下被驯化，使得土壤中微生物能够利用PAHs作为碳源进行代谢活动。大多数PAHs污染土壤的生物修复方法的可行性取决于土壤中动物、植物和微生物对PAHs的生物可利用性^[6]。由于PAHs的水溶性很低，所以PAHs很难被微生物利用，但一些研究表明PAHs与溶解的有机物质一起运输，可以增加它们的生物利用度，这是PAHs生物修复的基本要求^[7]。

1.2 PAHs的微生物降解机制

1.2.1 PAHs的微生物代谢方式

PAHs的微生物代谢方式有两种进行^[8]。第一，以PAHs作为唯一的碳源和能源；第二，PAHs与其它有机物质进行共代谢（或共氧化）^[9]。研究表明许多微生物可以单独的利用土壤中的低分子量PAHs（二环或三环）作为代谢反应的碳源和能源，并将其完全转化为CO₂^[10]。在PAHs存在的条件下,会诱导微生物产生单加氧酶或双加氧酶，在加氧酶的酶促反应中，氧和苯环反应生成C-O键,微生物就可以进行下一步的加氢反应，然后就可以进行脱水反应使C-C键断裂，苯环数减少或者转化为链状化合物。其中双加氧酶主要由细菌产生，而单加氧酶由真菌产生。目前研究分离出来可以分解PAHs的细菌有Nocardio、Aeromonas、Bacillus、Beijerinckia、Corynebacterium、Cyanobacteria、Flavobacteria、Pseudomonas、Micrococcus、Mycobacterium、Rhodococcus、Vibrio等，这些细菌可以单独的利用低分子量的PAHs为碳源和能源进行代谢反应。中高分子量四环和四环以上的PAHs的亲脂性比低分子量的二环和三环的PAHs强，性质比较稳定，更难溶入水相中被微生物利用而降解，已有研究表明，有细菌可以单独利用中分子量的四环PAHs进行氧化代谢反应，而这些细菌在长期受污染PAHs土壤中分离出来的。

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